Двигатели

Чтобы привести в движение автомобиль, к нему надо приложить силу. Для равномерного движения автомобиля приложенная сила должна быть равна сумме сил сопротивления движению. Чтобы автомобиль двигался ускоренно, движущая сила должна быть больше суммы сил, препятствующих движению. Движущую силу автомобилю сообщает двигатель устройство, использующее какой-либо вид энергии для получения полезной, работы.
Посмотрим, какие двигатели будут более удобными, для того чтобы привести в движение, например, тележку.
Самым простым является двигатель, использующий потен­циальную энергию поднятого тела для совершения механиче­ской работы. Как ни прост такой двигатель, он и сегодня применяется в технике. Вспомните хотя бы часы с гирями.
Если на тележке установить мачту с блоком наверху, с помощью нити, перекинутой через блок, поднять вверх груз, а свободный конец нити намотать на ось тележки, то, когда груз будет опускаться, он потянет за собой нить. Нить, сматываясь с оси, заставит колеса тележки вращаться (рис. 8).
Недостатком такого двигателя является то, что он слишком громоздкий, приводит тележку в движение недолго. В технике более распространен другой тип двигателей пружинный двигатель.
Если к тележке прикрепить один конец плоской пружины, к другому концу привязать нить и свободный конец нити снова намотать на ось тележки, то пружина согнется (рис. 9). Ее потенциальная энергия возрастет. Освобожденная пружина, распрямляясь, потянет нить и приведет во вращение тележку. Но опять-таки это движение не будет продолжительным.
Чтобы тележка двигалась дольше и проехала большее расстояние, надо взять более длинную пружину. Но длинная пружина занимает много места.
В технике это затруднение преодолели, сворачивая пружину в спираль. Свернутая в спираль пру­жина используется, например, в карманных и наручных часах. Вам знаком такой пружинный двигатель по многочисленным заводным игрушкам.
Наиболее распространенными в наше время являются элек­трические двигатели. Главная причина этого заключается в том, что электрический двигатель компактен, постоянно готов к работе и преобразовывать электрическую энергию в механи­ческую может до тех пор, пока к нему подводится напряжение.

Попробуйте и вы поставить электродвигатель на тележку. Казалось бы, что проще всего ось двигателя соединить с колесом тележки. Но если вы так сделаете, то тележка скорее всего не сдвинется с места, а электродвигатель может сгореть. Чтобы понять, почему это происходит, надо разобраться в одной очень важной характеристике любого двигателя, которая указана в его паспорте: момент силы на валу.
Установите тележку на краю стола так, чтобы нить, при­крепленная к ободу колеса тележки (любым способом, например липкой лентой), свободно свешивалась вниз. К свободному концу нити привяжите легкую коробочку. Тележку нагрузите тем, что на ней будет находиться и потом (электродви­гатель, батарея электропитания, выключатель и т. д., рис. 10).

Нагружайте коробочку разновесом до тех пор, пока тележка не сдвинется с места. Подсчитайте силу, действующую на обод колеса. А теперь посмотрите на рисунок. Здесь г — радиус колеса, F — сила, приложенная к ободу колеса как к рычагу с длиной плеча г. Она заставила повернуться ось. Понятно, что если бы колесо имело больший радиус, то силу пришлось бы приложить меньшую.
Величина, равная произведению действующей силы на пле­чо, называется моментом силы M = F-r.
Когда имеют в виду, что сила вызывает непрерывное вра­щение, то пользуются термином «крутящий момент силы».